Foram propostas cinco MARS no sentido de estudar variantes no que toca ao preço, ao peso, ao poder computacional e à imersividade.
Estas unidades têm como base os seguintes dispositivos: um computador portátil (1), um tablet Windows (2), um tablet Android (3), um smartphone (4) e uns smartglasses (5); foram escolhidos de forma a representar vários tipos de unidades móveis com diferentes tipos de dispositivos disponíveis no mercado. As unidades móveis com base no computador portátil e no tablet Windows serão utilizadas apenas como componentes de processamento, usando como componente de visualização um HMD, e serão transportadas, respetivamente, numa mochila e numa mala. Em conjunto com os smartglasses estas serão as MARS mais imersivas, ou seja, aquelas em que o seu componente de visualização é um HMD. Já as unidades móveis com base no tablet Android num smartphone serão menos imersivas, contudo, não será necessário nenhum componente adicional a estas, uma vez que estes dispositivos já possuem todos os componentes necessários, de acordo com a arquitetura apresentada na secção 1. As MARS propostas podem ser visualizadas na Figura 27.
A B C D E
Figura 27 Vários protótipos de MARS propostos. (A) Computador portátil (B) Tablet Windows (C) Tablet Android (D) Smartphone (E) Smartglasses.
A unidade (1) é uma unidade de grande poder computacional, esta pretende estar mais próxima das MARS clássicas, um computador portátil numa mochila com vários dispositivos ligados a este com o objetivo de proporcionar um ambiente imersivo ao utilizador. Esta é composta pelo portátil Toshiba P750-130 que possui um processador Intel Core i7 com 2 GHz de velocidade de processamento, 8 GB de memória RAM e 250 GB de memória de armazenamento,
58
funcionando como componente de processamento. O componente de comunicação é uma placa de rede sem fios Qualcomm Atheros AR9002WB-1NG e o componente de alimentação energética é uma bateria de iões de lítio, estando ambos os componentes integrados no computador portátil. É usado um HMD Vuzix STAR 1200XLD optical see-though como componente de visualização, o qual é ligado por HDMI ao componente de processamento. Este HMD proporciona uma maior sensação de imersividade ao utilizador através da sobreposição de conteúdos no mundo real. O componente de contexto é assegurado: por um recetor de coordenadas GPS Navicom NAV-GP01S, que disponibiliza a localização do utilizador com uma precisão de três metros em espaços abertos; pelo head tracker Vuzix Wrap Tracker 6TC que permite a obtenção da orientação, inclinação e rotação da cabeça do utilizador; pela câmara frontal do HMD com uma resolução Full HD. A maioria dos sensores deste componente foi ligada através de portas USB ao componente de processamento, pelo que foi necessária a utilização de um hub USB para aumentar o número de entradas disponíveis, uma vez que, duas das quatro portas USB do computador portátil ficam inacessíveis quando o mesmo é colocado na mochila. Esta unidade é transportada numa mochila como se pode ver na Figura 27 (A). Trata-se de uma MARS de custo elevado: o portátil tem um custo de 700€, os HMD 4700€ e o GPS 100€, rondando o custo total do sistema os 5500€ (valores aprox. à data de julho 2015). Nesta MARS o peso está distribuído por 138 gramas de peso na zona do dorso nasal e cabeça e na zona dos ombros e costas o utilizador tem que transportar cerca de 3530 gramas. A Figura 28 apresenta os vários dispositivos utilizados nesta unidade móvel, pode-se visualizar o HMD, a câmara posicionada na parte frontal deste, o recetor de coordenadas GPS, o comando do HMD que serve para controlar o brilho, o contraste e o modo de visualização, e o computador portátil.
59 A unidade (2) é uma MARS com um peso intermédio, imersiva e mais compacta que a anterior. O seu componente de processamento é um tablet Windows Asus Vivo Smart ME400C com um processador Intel Atom Z2760 Dual-Core com 1,80 GHz de velocidade de processamento, 2 GB de memória RAM e 64 GB de memória de armazenamento. O tablet possui ainda uma placa de rede sem fios que será utilizada como componente de comunicação. Através de uma porta micro HDMI foi ligado um HMD Vuzix video see-through 1200DXAR, o qual constitui o componente de visualização desta MARS. O componente de contexto é formado por um recetor de GPS XC-GD75 com uma precisão de 3 metros, por duas câmaras VGA posicionadas na parte frontal do HMD e pelo head tracker Vuzix Wrap Tracker 6TC, integrado no HMD. Como são necessárias três portas USB e, dado que o dispositivo que vai servir de componente de processamento apenas possui uma porta de ligação microUSB, foi necessária a colocação de um hub de expansão USB nessa porta, passando-se, assim, a dispor de três portas de ligação USB. A alimentação energética do componente de processamento e de visualização é garantida pela bateria integrada no componente de contexto. Porém, este dispositivo, para fornecer convenientemente energia a todos os dispositivos conectados às portas USB, precisa de uma fonte de alimentação adicional. Para tal, utilizou-se uma bateria externa Xiaomi Mi Power Bank, com uma capacidade de 10,4Ah. Esta unidade móvel tem dimensões menores que a unidade móvel baseada no computador portátil, sendo possível o seu transporte numa simples bolsa lateral, a qual pode ser visualizada na Figura 27 (B). O custo do componente de processamento ronda os 250€, o HMD é o dispositivo mais caro custando aproximadamente 1.500€, o recetor GPS tem um custo aproximado de 30€ e a bateria externa de 20 €, perfazendo um custo total aproximado de 1.810€. Quanto ao peso, a MARS tablet Windows tem o peso distribuído principalmente por dois locais, 125g na zona da cabeça e 1075 gramas num dos ombros, existindo ainda cabos que vão desde a mala até à zona da cabeça. A Figura 29 apresenta os vários dispositivos constituintes desta MARS, na zona central está o componente de processamento, pode-se visualizar o componente de visualização e a fonte de alimentação no topo da figura, na parte inferior é apresentado o recetor de coordenadas GPS e o controlador do HMD, todos estes dispositivos estão conectados ao hub USB.
60
Figura 29 Dispositivos da MARS (2).
A MARS (3) menos imersiva que as duas anteriores, contudo, mais leve e barata, é constituída apenas pelo tablet Android Samsung Galaxy Tab Pro 8.4, apresentado na Figura 30. Este possui um processador ARM Quad-core com 2.4GHz de velocidade de processamento, 2GB de RAM e 16GB de memória. O componente de visualização consiste no seu monitor, com uma dimensão de 8,4 polegadas e uma resolução de 2560 por 1600 pixéis. Este dispositivo possui, ainda, duas câmaras integradas, sendo que para efeitos da unidade móvel só será utilizada a sua câmara traseira de oito megapixéis. Os outros dispositivos integrados neste componente de processamento, e que preenchem os requisitos da arquitetura proposta, são: os sensores inerciais, o recetor de coordenadas GPS e o interface WLAN. A sua bateria interna de 4,8Ah fornece energia suficiente para manter o dispositivo em utilização por um tempo considerável. Esta unidade móvel pode ser visualizada na Figura 27 (C). O preço total aproximado desta unidade móvel é de 310€. O tablet pesa 331 gramas, sendo este peso suportado pelos dois braços do utilizador.
61 A MARS (4) é baseada num smartphone, pretendendo-se que seja uma MARS leve, barata e compacta. Nesta proposta é constituída pelo smartphone BQ Aquaris E5 FHD com sistema operativo Android, apresentado na Figura 31. Como componente de processamento, está equipado com um processador ARM True8Core a 2,0 GHz, 2GB de memória RAM e 16GB de armazenamento. Para o componente de visualização foi considerado o seu ecrã de cinco polegadas, com uma resolução de 1920 por 1080 pixéis. No componente de contexto são utilizados os seus sensores integrados de orientação, o recetor de coordenadas GPS, e para a aquisição de imagens é utilizada a câmara traseira de 13 megapixéis. O componente de alimentação desta unidade móvel é formado pela bateria integrada de 2,5Ah do dispositivo e o seu componente de comunicação é formada pelo interface WLAN. A MARS pode ser visualizada em utilização na Figura 27 (D). O seu custo é de aproximadamente 270€. O seu peso é de 134g podendo este ser mais notado nos braços ou em apenas um dos braços, caso o utilizador o transporte com uma única mão.
Figura 31 Unidade móvel (4) baseada num smartphone.
A MARS (5), baseada num smartglasses Epson Moverio BT-200, pretende-se que seja imersiva e, ao mesmo tempo, mais barata e leve que as outras MARS imersivas. Esta unidade móvel é composta, essencialmente, por dois dispositivos, como mostra a Figura 32. O dispositivo de visualização, do estilo HMD optical see through, é utilizado como componente de visualização. O HMD contém, também, uma camara VGA para a captação de imagens e um head tracker para a obtenção da correta orientação do utilizador. O outro dispositivo, ao qual o HMD está conectado, é o componente de processamento onde também se encontra o componente de comunicação que funciona através de redes sem fios. Este dispositivo possui um processador de arquitetura ARM de 1.2 GHz e 8 GB de armazenamento e 1 GB de memória RAM, um recetor de coordenadas GPS e uma bateria integrada de 2,72Ah, como componente de alimentação, responsável pelo fornecimento de energia durante cerca de 6 horas. Este modelo inclui lentes que podem ser colocadas na parte frontal do HMD para que a sua transparência
62
seja menor permitindo uma melhor visualização em espaços exteriores, onde existe maior luminosidade. Na Figura 27 (E) é apresentado um utilizador com esta unidade móvel em utilização. Esta MARS tem um custo aproximado de 700€. O seu peso é de 88g no dorso nasal do utilizador e de 124g numa das suas mãos.
Figura 32 Dispositivos da MARS (5)
De modo a considerar uma MARS imersiva e de mais baixo custo, testou-se, também um protótipo composto por uns óculos NEJE Colorcross em conjunto com um smartphone. Estes óculos podem ser utilizados para visualização de conteúdos imersivos de realidade virtual em 3D sendo apenas necessária a colocação de um smartphone dentro deste dispositivo, como se ilustra na Figura 33 (A). Este dispositivo recorre a estereoscopia, duplicando a imagem presente no monitor do smartphone. Neste trabalho, utilizou-se o mesmo smartphone que foi proposto na MARS (4), ou seja, o BQ Aquaris E5 FHD, em conjunto com os óculos de realidade virtual Neje Colorcross. Assim, obteve-se um protótipo leve com todas os componentes colocados na cabeça do utilizador, como se pode ver na Figura 33 (B). Este dispositivo tem um custo aproximado de 20€ e pesa 176g, adicionando o custo e o peso do smartphone, obtém-se um custo total de 229€ e 310g de peso, o qual será exercido sobre a cabeça e dorso nasal do utilizador.
A B
Figura 33 HMD baseado num smarphone. (A) NEJE Colorcross com smartphone inserido. (B) Utilizador com a MARS em utilização.
63 As unidades móveis propostas têm diferentes características e, consequentemente, diferentes propósitos. As soluções baseadas no computador portátil e no tablet Windows proporcionam aos utilizadores uma experiência mais imersiva, contudo requerem um maior número de dispositivos externos para cumprir os requisitos da arquitetura. Para além disso, podem limitar o utilizador nos seus movimentos e causar algum desconforto na zona do dorso nasal, ombros e costas. Por outro lado, as unidades móveis baseadas no tablet Android e no smartphone são menos imersivas, mas são mais leves e mais baratas, e têm a vantagem de possuir todos os componentes necessários para a arquitetura de realidade aumentada integrados num único dispositivo. Porém, o utilizador tem que posicionar os dispositivos ao nível dos seus olhos, o que pode causar alguma fatiga nos membros superiores após uma utilização de longa duração. Já com a solução baseada nos smartglasses e no smartphone no modo HMD pretende-se juntar a imersividade das unidades móveis baseadas no computador portátil e no tablet Windows com o baixo peso e menor custo das unidades móveis baseadas no tablet e smartphone. Na Tabela 6, para cada unidade móvel, são identificados os constituintes de cada componente.
Tabela 6 Apresentação do hardware de cada unidade móvel proposta.
MARS Características Computador Portátil Tablet Windows Tablet
Android Smartphone Smartglasses
Componente de processamento CPU Intel Core i7 2630QM 2.0GHz Intel Atom Z2760 Dual- core 1.8GHz Krait 400 Quad-core 2.3GHz MediaTek MT6592 2.0GHz TI OMAP 4460 1.2GHz Dual Core GPU Nvidia GeForce GT 540M 1GB PowerVR SGX545 Adreno 330 Mali 450 até 700 MHz N.D Armazenam ento e RAM 250 GB e 8 GB de RAM 32GB e 2GB de RAM 16GB e 2GB de RAM 16GB e 2GB de RAM 8 GB e 1GB de RAM Componente de visualização Monitor Vuzix STAR 1200XLD Vuzix 1200DXAR Monitor de 8.4” Monitor de 5” Monitor HMD Componente de contexto Sensores de Localização Navicom NAV-GP01S XC-GD75 Recetor de GPS integrado Recetor de GPS integrado Recetor de GPS integrado Sensores inerciais Vuzix Wrap Tracker Vuzix Wrap Tracker Sensores inerciais integrados Sensores inerciais integrados Sensores inerciais integrados Sensores de aquisição de imagem Câmara Full HD Duas câmaras VGA Câmara traseira de 8MP Câmara traseira de 13MP Câmara VGA integrada
Interfaces de comunicação Placa WLAN
e Bluetooth Placa WLAN e Bluetooth Placa WLAN e Bluetooth Placa WLAN e Bluetooth Placa WLAN e Bluetooth
Fonte de alimentação Bateria
integrada Bateria integrada e Mi Power Bank Bateria Integrada de 4800 mAh Bateria Integrada de 2500 mAh Bateria Integrada de 2720 mAh
64
As MARS com um maior custo são o computador portátil e o tablet Windows com um custo de 5499€ e 1810€ respetivamente. O custo destas duas unidades móveis é superior devido ao preço dos seus componentes de visualização. Em termos de valor monetário seguem-se os
smartglasses com um custo aproximado de 700€. Já as unidades móveis baseadas no smartphone e no tablet Android têm um custo de 209€ e 310€. O HMD construído com o smartphone tem um custo total aproximado de 229€. O preço de cada componente das várias
propostas está indicado na Tabela 7. Alguns componentes não têm preço indicado devido a este já estar integrado no preço dos outros componentes.
Tabela 7 Preço dos vários componentes de cada MARS.
MARS Componentes Computador Portátil Tablet Windows Tablet
Android Smartphone Smartglasses
Smartphone HMD Componente de processamento 700€ 260€ 310€ 209€ 700€ 209€ Componente de visualização 4700€ 1500€ - - - 20€ Componente de contexto 99€ 30€ - - - - Componente de comunicação - - - - Componente de alimentação - 20€ - - - - Total 5499€ 1810€ 310€ 209€ 700€ 229€
65 No que toca ao peso, a unidade móvel mais pesada é o computador portátil com 3,7kg, seguindo-se a unidade móvel baseada no tablet Windows com 1,65kg. Já as restantes unidades móveis pesam menos que quinhentos gramas, com o tablet a pesar 331 gramas, seguindo-se os
smartglasses com 254g e o smartphone é a unidade móvel, com um peso de 134g, o smartphone
em HMD tem um peso total de 310g.
A Tabela 8 apresenta o peso dos vários componentes nas diferentes MARS propostas, alguns componentes podem ter o peso de dispositivos que façam parte de outros componentes devido à sua integração e consequente impossibilidade de pesar cada dispositivo em separado, como o caso das câmaras das MARS computador portátil e tablet Windows, pois estas estão integradas no HMD do componente de visualização.
Tabela 8 Peso dos componentes de cada MARS.
MARS Componentes
Computador Portátil
Tablet
Windows Tablet Smartphone Smartglasses
Smartphone HMD Componente de processamento 2365g 580g 331g 134g 124g 134g Componente de visualização 138g 125g - - 88g 176g Componente de contexto 60g 94g - - - - Componente de comunicação - - - - Componente de alimentação 305g 250g - - - - Total 3668g (Incluindo peso da mochila) 1200g (incluindo peso da mala) 331g 134g 212g 310g
67
4 Avaliação da performance dos protótipos propostos
As unidades móveis propostas no capítulo 3 foram objeto de uma avaliação da sua performance relativamente à execução de aplicações de AR. Portanto, neste capítulo são apresentados o desenho e o setup experimental da avaliação realizada, são descritas as aplicações desenvolvidas para a medição da performance e apresentados os resultados para cada unidade móvel.